中级机械工程师论文余热锅炉在锌精矿沸腾焙烧热回收中的应用

　　赤峰中色锌业有限公司原有11.5㎡硫酸化沸腾焙烧炉和14㎡氧化倍烧炉各1座，锌精矿处理能力约为4.5万t/a。为保证锌精矿沸腾焙烧过程中产出的高达900~1100℃烟气进入电收尘器前低于360℃ , 采用水冷却器冷却烟气。沸腾炉排出的900~1170℃高温焙砂, 采用外淋式冷却圆筒冷却。其40℃以上的冷却水通过地沟排入冷却池循环使用,大量的余热不仅未经利用, 而且对周围环境造成热污染。
　　摘要：赤峰中色锌业有限公司利用余热锅炉，回收锌精矿沸腾焙烧余热已近15年。生产实践表明：该设备运行平稳，具有安全可靠、维修量少、使用寿命长的特点。余热锅炉在生产中的应用不仅改善了操作坏境, 减少了污染, 减轻了工人的劳动强度, 而且节约了能源并延长了生产时间。
　　关键词：中级机械工程师论文,精矿,沸腾焙烧,余热锅炉,废热利用
　　我公司根据生产发展需要, 从1998年起对这两座沸腾炉进行分期技术改造, 并新增1座沸腾炉。为了回收沸腾焙烧余热, 焙砂冷却改外淋式冷却圆筒为列管式冷却圆筒, 烟气冷却改水冷却器为余热锅炉。在没有太多经验借鉴的情况下, 第一台余热锅炉于1998年12月建成并一次试产成功。近15年的生产实践表明：余热锅炉具有安全可靠、维修量少、使用寿命长等特点。笔者就余热锅炉系统工艺、锅炉结构形式、运行情况及经济效益等进行介绍。
　　一、余热锅炉系统工艺
　　经技改后公司现拥有14㎡氧化沸腾炉2座和18㎡硫酸化沸腾炉1座, 3座沸腾炉均设置余热锅炉。3台余热锅炉共用一套供水、排污及蒸汽扩容系统。余热锅炉系统流程示意图如图所示。
　　图1　余热锅炉系统流程示意图
　　1一沸腾炉;2一余热锅炉;3一焙砂冷却器;4 一三塔式流动床软水处理设备;5一热水箱;6一给水泵;7一除氧器;8 一锅炉给水泵;9一分水箱;10 一减压阀;11 一燕汽扩容器;12 一连续排污器;13一定期排污器
　　沸腾炉出来的高温烟气，通过锅炉与水壁进行热交换后送收尘制酸系统。高温焙砂与软水在列管式圆筒冷却器中进行热交换, 加热后的软水(65~75℃)在热水箱贮存, 用水泵打入除氧器除去其中的氧, 并在除氧器中经蒸汽加热到104℃ 后, 再由锅炉给水泵注入分水箱。经分水箱水被分配到各锅炉汽包中，过热水经下降管与锅炉水冷壁进行热交换,产生的蒸汽由上升管进入锅炉汽包, 表压为2.8MPa的蒸汽经过减压阀减压至0.8MPa后集中到一台蒸汽扩容器, 然后送给炼锌分厂使用。
　　二、余热锅炉工作压力与结构形式
　　锌精矿沸腾焙烧烟气显著特点是腐蚀性强, 含尘浓度高, 而且烟尘粘结性强。在技改前使用水冷却器冷却烟气时, 烟尘在其内结块严重, 每星期要清扫结块一次, 用人工打结块劳动强度大, 劳动条件差。高尘的烟气对水冷却器的严重冲刷与腐蚀, 其使用寿命仅1.5~2年。因此，能否解决防腐与除尘是关系到余热锅炉成败的关键。
　　根据烟气成份计算得出, 烟气露点接近200℃ , 为避免管壁腐蚀, 管壁温度应高于露点温度。因此，确定锅炉汽包内表压为2.8MPa, 其饱和蒸汽温度为229℃ 。
　　为了尽量减少管壁粘结并有利于烟尘沉降, 采用全悬吊式、自然循环余热锅炉。该锅炉为大空腔、单通道结构, 膜式水冷壁由鳍片管构成, 沉降的烟尘用螺旋输送机排出。为保证锅炉热效率, 每台锅炉除在炉顶开有清灰孔外, 还设置了四台长伸缩式吹灰器, 用蒸汽吹灰, 定期清除管壁上所粘结的烟尘, 以保证锅炉生产的可靠性。
　　三、运行情况
　　我公司第一台余热锅炉于1998年12月建成, 一次试产成功至今近15年, 设备运行平稳可靠, 基本达到设计参数要求, 主要参数见表。
　　表1　余热锅炉主要参数

项目	单位	参数值	备注
蒸发量	t/h	3.5	实际3.2
受热面积	㎡	300（180）
饱和蒸汽压力	MPa	2.8
饱和蒸汽温度	℃	229
烟气入口温度	℃	1100（900）
烟气出口温度	℃	400	实际450
给水温度	℃	104
烟气量（出口）	m3/h	7500（9400）

　　注：括号内数字为18㎡酸化炉余热锅炉参数, 括号外数字为14㎡氧化炉余热锅炉参数。
　　我公司氧化沸腾炉操作温度控制在1 160~1 180℃ , 但由于余热锅炉埋入沸腾层的四根管设计时传热系数K值取得偏小, 导致沸腾炉操作不稳定, 影响焙砂质量。因此，后将埋管拆除, 以维持沸腾炉正常操作。另外，硫酸化焙烧炉有时也进行氧化焙烧, 因而沸腾层的埋管也取消, 在进行硫酸化焙烧时, 沸腾层改用水套排热。
　　软水水质的保证并定期给锅炉加药,是消除锅炉水冷壁管内结垢与堵塞、维持设备连续正常运行的前提。我公司由于严格执行有关操作规范, 还没有发生过水冷壁被烧坏或变形现象, 经检查水冷壁管内无结垢, 设备运行良好。
　　余热锅炉除尘率高, 约为45%~50%。锅炉体内采用大空腔, 烟气在其内移动速度极低(约0.3m/s)，烟尘重力沉降, 对水冷壁无冲刷作用。附在水冷壁上的烟尘能自动脱落, 不结块,所以在实际操作中取消了吹灰装置及排灰碎块机。
　　正常运行情况下, 烟气对设备无腐蚀, 但开停炉壁管温度低于露点温度时, 存在低浓度二氧化硫烟气的低温腐蚀。由于开停炉时间较短, 水冷壁管未出现明显的腐蚀现象。第一台余热锅炉的管壁经检测其厚度没有减薄, 已用近15年。因此，设备具有寿命长的特点。但为了提高设备的寿命, 减少开停炉是很有必要的。
　　锅炉出口烟气温度偏高, 除了换热面积偏小外, 可能与锅炉本体结构不够理想有关。目前，国内外余热锅炉大多采用大空腔双区域(辐射区与对流区)单通道结构, 并配上机械振打除尘。据了解, 长沙锌厂使用上述结构的锅炉效果好, 1997年我公司由长沙有色金属设计研究院设计的28㎡沸腾炉工程配套的余热锅炉也采用了这种结构形式。
　　四、经济效益
　　1998年12月、2000年10月、2002年11月3台沸腾炉及配套余热锅炉相继建成投产。3台锅炉及其配套设施累计投资高达450万元, 而采用传统的水冷却器其投资150万元即可, 但3台余热锅炉可年产蒸汽6.90万t , 相当于节约标煤6 700t, 价值172万元。而余热锅炉运行费用每年仅比水冷却器高17.4万元。因此，余热锅炉多投资的300万元两年左右即可回收, 且每年还可延长生产时间40余天。
　　五、结语
　　生产实践证明, 采用余热锅炉回收锌精矿沸腾焙烧的余热其工艺是可行的。余热锅炉与传统的水冷却器相比, 具有设备寿命长(大于16年, 而水冷却器仅1.5~2年)、维修量少的特点。采用余热锅炉改善了操作环境,减少了污染, 减轻了工人的劳动强度, 且节约能源并延长了生产时间。